DE3704541A1 - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein mit einem Federelement und einem Zentrierelement verbundenes Dichtelement.The invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine, comprising one with a spring element and a sealing element connected to a centering element.
Elektromagnetisch betätigbare Kraftstoff-Einspritzventile werden im Saugrohr einer Brennkraftmaschine eingebaut und haben die Aufgabe, während der Zeitdauer eines kurzen elektrischen Betätigungsimpulses eine genau dosierte Menge an Kraftstoff in das Saugrohr abzugeben. Bei einem Kraftstoff-Einspritzventil nach dem Stand der Technik wird ein mit dem Anker eines Elektromagneten verbundenes durch die Kraft einer Schrauben feder auf einen Ventilsitzkörper angedrücktes Dichtelement während des Betätigungsvorganges von diesem abgehoben.Electromagnetically actuated fuel injection valves installed in the intake manifold of an internal combustion engine and have the Task, during the period of a short electrical Actuation pulse a precisely metered amount of fuel in deliver the suction pipe. With a fuel injector according to the prior art, one with the anchor of a Electromagnets connected by the force of a screw spring pressed onto a valve seat body lifted off during the actuation process.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rasch betätig bares Kraftstoff-Einspritzventil zu schaffen, bei dem die Masse der bewegten Teile Dichtelement, Zentrierelement und Feder element auf ein Mindestmaß reduziert ist.The invention has for its object to operate quickly bares fuel injector to create the mass the moving parts sealing element, centering element and spring element is reduced to a minimum.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zentrierelement als Membranfeder ausgebildet ist, in deren Zentrum das Dichtelement angeordnet ist. Bei einem derartigen Kraftstoff-Einspritzventil überträgt die Membran sowohl axiale als auch radiale Kräfte, wobei die Schließkraft durch elastische Verformung der Membran aufgebracht wird. Bei einem derartigen Schließsystem ist infolge des Wegfalles einer zusätzlichen Schraubenfeder eine erhebliche Gewichtsersparnis erzielbar. Die Membranfeder kann durch entsprechende Formgebung und Montage unter Vorspannung stark progressiv ausgelegt werden. lnfolge der geringen Masse einer Membranfeder werden Teilschwingungen vermieden, wie sie bei Schraubenfedern auftreten können.According to the invention the object is achieved in that the Centering element is designed as a diaphragm spring, in the Center the sealing element is arranged. With such a Fuel injector transmits the diaphragm both axially as well as radial forces, the closing force by elastic Deformation of the membrane is applied. With such a Locking system is an additional due to the elimination Coil spring considerable weight savings can be achieved. The Diaphragm spring can be shaped and assembled accordingly be designed to be very progressive under tension. As a result The low mass of a diaphragm spring causes partial vibrations avoided, as they can occur with coil springs.
Um die Erzeugung eines Unterdruckes in der Umgebung des Dichtelementes während der Betätigung und der dadurch her vorgerufenen Bewegung der Membran zu vermeiden, wird empfohlen, in der Membran wenigsten eine Öffnung anzuordnen. Auf diese Weise kann Kraftstoff von der Oberseite der Membran zur Unterseite durchströmen und das Auftreten einer Druck differenz wird vermieden.To create a negative pressure in the vicinity of the Sealing element during operation and thereby to avoid the movement of the membrane it is recommended to arrange at least one opening in the membrane. This allows fuel to flow from the top of the membrane flow through to the bottom and the occurrence of pressure difference is avoided.
Besonders günstig ist die rotationssymmetrische Anordnung von mehreren im wesentlichen radial und/oder zirkular verlaufenden schlitzförmigen Öffnungen in der Membranfeder. Es wird empfohlen, zirkular verlaufende Schlitze in verschiedenen radialen Abständen in Form konzentrischer Kreise anzuordnen, wobei auf jedem Radius mehrere - beispielsweise drei bis acht - Einzelschlitze gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, so daß jeweils zwischen den Schlitzen schmale Stege des Membran materials stehenbleiben.The rotationally symmetrical arrangement of several substantially radial and / or circular slot-shaped openings in the diaphragm spring. It will recommended circular slots in different radial distances in the form of concentric circles, with several - for example three to eight - on each radius Single slots are evenly distributed over the circumference, so that narrow webs of the membrane between the slots materials stop.
Die auf zwei benachbarten Kreislinien angeordneten Schlitze sind jeweils um die Hälfte des Stichmaßes versetzt, so daß die radial verlaufenden Stege treppenförmig angeordnet sind. Zur Steigerung der Elastizität der durchbrochenen Membran können die radialen Stege in ihre Längsachse geschlitzt werden, so daß die jeweils durch eine Zwischenreihe voneinander beabstandeten zirkular verlaufenden Schlitze I-förmig miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Schlitze kann auch in Form einer ein- oder mehrgängigen Spirale erfolgen. Im Zentrum und am Umfang sollte jeweils ein durchgehender Ring des Membranmaterials stehen bleiben. Auf diese Weise verfügt eine Membran über eine hohe Elastizität und einen niedrigen Strömungswiderstand für in axialer Richtung strömenden Kraftstoff.The slots are arranged on two adjacent circular lines offset by half of the gauge, so that the radial extending webs are arranged in a staircase. To increase The elasticity of the perforated membrane can be radial Webs are slotted in their longitudinal axis, so that each circularly spaced from each other by an intermediate row extending slots are connected in an I-shape. The Arrangement of the slots can also be in the form of a single or multi-course spiral. In the center and on the circumference should each have a continuous ring of membrane material stay. In this way, a membrane has a high Elasticity and low flow resistance for in axially flowing fuel.
Eine günstige Federkraftkennlinie wird erhalten, wenn die Membranfeder dem Radius folgend einen S-förmigen Querschnitt aufweist, wobei zentraler Bereich und peripherer Bereich in verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Eine zur Ausübung einer Schließkraft auf das Dichtelement vorteilhafte Vorspannung der Membranfeder wird erreicht, wenn der periphere Bereich in eine entgegen der Öffnungsrichtung gegenüber dem zentralen Bereich versetzten Ebene angeordnet wird. An ihrem äußeren Umfang wird die Membran vorteilhafterweise zwischen dem Boden des Ventilgehäuses und einer dieses abschließenden Kappe von ring förmigen Sitzflächen an Kappe und Gehäuse aufgenommen.A favorable spring force characteristic is obtained if the Diaphragm spring following the radius an S-shaped cross section has, the central area and peripheral area in different levels are arranged. One to exercise one Closing force on the sealing element advantageous bias Diaphragm spring is reached when the peripheral area is in a against the opening direction in relation to the central area offset plane is arranged. On its outer circumference the membrane advantageously between the bottom of the Valve housing and a cap of this ring shaped seats on the cap and housing.
Bezüglich der exakten axialen Justierung ist das Dichtelement unempfindlich, wenn es als Flachdichtung für einen ringförmigen Ventilsitz ausgebildet ist. Der Ventilsitz weist dabei die Form eines Ringes mit dreieckförmigem Querschnitt auf, wobei die Spitze des Dreieckes zum Dichtelement hingewandt ist. Infolge der schmalen ringförmigen Anpreßfläche erfolgt die Dichtung mit einem hohen Flächendruck.With regard to the exact axial adjustment, the sealing element insensitive when used as a flat gasket for an annular Valve seat is formed. The valve seat has the shape a ring with a triangular cross-section, the The tip of the triangle faces the sealing element. As a result the narrow ring-shaped contact surface is used for sealing a high surface pressure.
Da bei einer derartigen Abdichtung die Ebene des Dichtelementes exakt in der Ebene des Ventilsitzes liegen muß, ist eine be sonders elastische Ausführung der Membranfeder empfehlenswert.Since with such a seal the level of the sealing element must be exactly in the plane of the valve seat, is a be Particularly elastic design of the diaphragm spring is recommended.
Einen gewissen Kippwinkel zwischen der Achse des Dichtelementes und der Achse des Ventilsitzes läßt eine Ausführungsform zu, bei der das Dichtelement kugelkalottenförmig und der Ventilsitz hohlkegelförmig ausgebildet sind. Da eine Kugel unabhängig von ihrer Drehung stets einen Hohlkegel auf einer Kreislinie berührt, gleichen sich bei einer derartigen Konstruktion kleine Winkel fehler automatisch aus.A certain tilt angle between the axis of the sealing element and the axis of the valve seat allows an embodiment, at the sealing element is spherical and the valve seat are hollow conical. Because a ball regardless of their rotation always touches a hollow cone on a circular line, Small angles are similar in such a construction error automatically.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachstehenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further details, advantages and features of the invention arise not only from the claims that these taking features - individually and / or in combination -, but also from the description below of in the Preferred embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Einspritzventil schematisch im Längsschnitt, Fig. 1 shows an inventive fuel injection valve schematically in longitudinal section;
Fig. 2 eine Membranfeder des Ventiles aus Fig. 1 in der Drauf sicht, Fig. 2 is a diaphragm of the valve of FIG. 1 in top view,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzventiles. Fig. 3 shows another embodiment of a fuel injection valve according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Einspritzventil (10), um dessen Mittelachse (12) rotationssymmetrisch ein rohrförmiger Trägerkörper (14) angeordnet ist, welcher am oberen Ende einen ringförmigen Flansch aufweist. Auf dem rohrförmigen Abschnitt des Trägerkörpers (14) ist ein Spulen körper (16) mit einer Spule (18) eines Elektromagneten (20) angeordnet. Der Außendurchmesser des Spulenkörpers (16) entspricht dem flanschförmigen Bereich des Trägerkörpers (14). Dieser ist konzentrisch umgeben von einem einen zylindrischen Abschnitt (22) und einen flachen Boden (24) aufweisenden Gehäuse (26) des Magnetventils (10). Im Boden (24) sind mehrere Öffnungen (30) angeordnet, welche den Durchtritt von Kraftstoff ermöglichen. Im zylindrischen Abschnitt (22) des Gehäuses (26) ist eine Bohrung (28) zum Abschluß einer hier nicht darge stellten Kraftstoffleitung angeordnet. In dem an den Boden (24) grenzenden Abschnitt des Gehäuses (26) ist dieses von einer Kappe (34) umschlossen, deren Rand (32) mit dem zylindrischen Abschnitt (22) des Gehäuses (26) kraftstoffdicht verbunden ist. Fig. 1 shows an inventive fuel injection valve (10), a tubular carrier body (14) is arranged around the central axis (12) rotationally symmetrical, having an annular flange at the upper end. On the tubular section of the carrier body ( 14 ), a coil body ( 16 ) with a coil ( 18 ) of an electromagnet ( 20 ) is arranged. The outer diameter of the coil body ( 16 ) corresponds to the flange-shaped area of the carrier body ( 14 ). This is concentrically surrounded by a housing ( 26 ) of the solenoid valve ( 10 ) which has a cylindrical section ( 22 ) and a flat bottom ( 24 ). A plurality of openings ( 30 ) are arranged in the bottom ( 24 ), which allow fuel to pass through. In the cylindrical portion ( 22 ) of the housing ( 26 ) has a bore ( 28 ) for completing a fuel line is not Darge presented here. In the section of the housing ( 26 ) adjoining the bottom ( 24 ), the latter is enclosed by a cap ( 34 ), the edge ( 32 ) of which is connected to the cylindrical section ( 22 ) of the housing ( 26 ) in a fuel-tight manner.
Am äußeren Umfang des Bodens (24) verläuft ein ringförmiger Vorsprung (25) mit rechteckigem Querschnitt, dessen Frontfläche als erste Sitzfläche (27) ausgebildet ist. Dieser gegenüber ist eine zweite ringförmige Sitzfläche (33) auf einer Stufe (35) am Rand (32) der Kappe (34) angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Sitzfläche (27) bzw. (33) ist eine Membranfeder (46) eingespannt.An annular projection ( 25 ) with a rectangular cross section runs on the outer circumference of the base ( 24 ), the front surface of which is designed as a first seat surface ( 27 ). Opposite this, a second annular seat ( 33 ) is arranged on a step ( 35 ) on the edge ( 32 ) of the cap ( 34 ). A diaphragm spring ( 46 ) is clamped between the first and second seat surfaces ( 27 ) and ( 33 ).
Im Zentrum der Kappe (34) ist ein Ventilsitzkörper (36) angeordnet, der eine vom Inneren des Gehäuses nach außen führende Kraftstoff-Einspritzdüse (38) und zum Inneren des Gehäuses hin einen Ventilsitz (40) aufweist. Dieser Ventilsitz (40) ist als Ring mit dreieckförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei die Spitze des Dreiecks als Ringkante ausgeführt ist. Auf dieser Ringkante sitzt ein flaches Dichtelement (42) auf, das durch die Membran (46) auf den Ventilsitz gedrückt wird. Das Dichtelement (42) weist an seiner vom Ventilsitz (40) abge wandten Seite einen axialen Zapfen (44) auf, welcher das mit einem Loch (68) versehene Zentrum der Membranfeder (46) durchdringt. Um den Zapfen (44) ist konzentrisch eine Hülse (48) angeordnet, welche den Boden (24) des Gehäuses (26) zentrisch durchsetzt. Die Hülse (48) überragt in axialer Richtung den Zapfen (44), so daß oberhalb dessen ein Sackloch frei bleibt.A valve seat body ( 36 ) is arranged in the center of the cap ( 34 ) and has a fuel injection nozzle ( 38 ) leading from the inside of the housing and a valve seat ( 40 ) towards the inside of the housing. This valve seat ( 40 ) is designed as a ring with a triangular cross section, the tip of the triangle being designed as a ring edge. A flat sealing element ( 42 ) sits on this ring edge and is pressed onto the valve seat by the membrane ( 46 ). The sealing element ( 42 ) on its side facing away from the valve seat ( 40 ) has an axial pin ( 44 ) which penetrates the center of the diaphragm spring ( 46 ) provided with a hole ( 68 ). A sleeve ( 48 ) is arranged concentrically around the pin ( 44 ), which centrally penetrates the bottom ( 24 ) of the housing ( 26 ). The sleeve ( 48 ) projects beyond the pin ( 44 ) in the axial direction, so that a blind hole remains free above it.
In dieses Sackloch ragt ein Kern (50) des Elektromagneten (20) hinein. Der Kern (50) und die Hülse (48) sind aus ferro magnetischem Material hergestellt, wobei sich aufgrund der geometrischen Anordnung die Wirkungsweise eines Tauchankers ergibt. Der Trägerkörper (14) und das Gehäuse (26), die ebenfalls aus ferromagnetischem Material hergestellt sind, ermöglichen den magnetischen Rückfluß. A core ( 50 ) of the electromagnet ( 20 ) projects into this blind hole. The core ( 50 ) and the sleeve ( 48 ) are made of ferro-magnetic material, the operation of a plunger anchor resulting from the geometric arrangement. The carrier body ( 14 ) and the housing ( 26 ), which are also made of ferromagnetic material, allow magnetic reflux.
In Fig. 2 ist die Membranfeder (46) in der Draufsicht darge stellt. Sie ist rotationssymmetrisch zur Achse (12) ausgebildet. Im Zentrum der Membran (46) ist eine Bohrung (68) angeordnet, die von einem kreisringförmigen zentralen Bereich (66) umgeben ist. Am äußeren Umfang der kreisförmigen Membranfeder (46) ist ein ebenfalls als angeschlossener Ring ausgebildeter peripherer Bereich (62) angeordnet. Zwischen dem zentralen Bereich (66) und dem peripheren Bereich (62) sind in drei verschiedenen Ab ständen vom Zentrum auf drei konzentrischen Kreislinien jeweils gleichmäßig über den Umfang verteilt je vier zirkular ver laufende schlitzförmige Öffnungen (60) angeordnet.In Fig. 2, the diaphragm spring ( 46 ) is Darge in plan view. It is rotationally symmetrical to the axis ( 12 ). A bore ( 68 ) is arranged in the center of the membrane ( 46 ) and is surrounded by an annular central region ( 66 ). On the outer circumference of the circular diaphragm spring ( 46 ) there is a peripheral area ( 62 ) which is also designed as a connected ring. Between the central area ( 66 ) and the peripheral area ( 62 ) are arranged in three different positions from the center on three concentric circular lines, each evenly distributed over the circumference, each four circular slit-shaped openings ( 60 ).
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den ersten Quadranten der kreisförmigen Membranfeder (46), wobei die Schlitze in den übrigen drei Quadranten gleichermaßen angeordnet sind. Symmetrisch zur 45°-Linie sind die zirkular verlaufenden äußeren Schlitze (52) und die inneren Schlitze (56) angeordnet, welche durch einen entlang der 45°-Linie radial verlaufenden Schlitz (58) miteinander verbunden sind. Die mittleren Schlitze (54) sind versetzt zu den äußeren bzw. den inneren Schlitzen (52) bzw. (54) angeordnet und demzufolge symmetrisch zur Ordinate bzw. zur Abzisse ausgebildet.The following description refers to the first quadrant of the circular diaphragm spring ( 46 ), the slots in the other three quadrants being arranged equally. The circular outer slots ( 52 ) and the inner slots ( 56 ) are arranged symmetrically to the 45 ° line and are connected to one another by a slot ( 58 ) running radially along the 45 ° line. The middle slots ( 54 ) are offset from the outer and inner slots ( 52 ) and ( 54 ) and are therefore symmetrical to the ordinate and the abscissa.
Auf diese Weise bleiben radial verlaufende Stege (64) bzw. (65) im Bereich der äußeren Schlitze (52) bzw. der inneren Schlitze (56) im Bereich der Koordinatenachse stehen, während parallel zur 45°-Linie axial verlaufende Stege (63) im Bereich der mittleren Schlitze (54) angeordnet sind.In this way, radially extending webs ( 64 ) or ( 65 ) remain in the region of the outer slots ( 52 ) or the inner slots ( 56 ) in the region of the coordinate axis, while axially running webs ( 63 ) run parallel to the 45 ° line. are arranged in the area of the middle slots ( 54 ).
Fig. 3 zeigt in Detaildarstellung den unteren Bereich eines Kraftstoff-Einspritzventiles (80), das einen konzentrisch zur Längsachse (82) verlaufenden Magnetkern (84) aufweist, der vom Spulenraum (86) umgeben ist. Dieser ist nach außen von einem einen zylindrischen Abschnitt (88) und einen Boden (90) auf weisenden Gehäuse (92) aus ferromagnetischem Material umgeben. Im Zentrum des Bodens (90) ist eine Bohrung (94) und be abstandet zum Zentrum sind mehrere Bohrungen (96), (97) ange ordnet, welche den Durchtritt von Kraftstoff ermöglichen. Im Bodenbereich ist das Gehäuse (92) von einer Kappe (98) um geben, deren Rand (102) einen oberen Abschnitt (106) aufweist, welcher um einen Vorsprung des Gehäuses (92) herumgebördelt ist. Im Übergang vom Rand (102) der Kappe zu deren Boden bereich ist eine ringförmige Aussparung zur Aufnahme einer Rundschnurdichtung (104) vorgesehen. Im Zentrum der Kappe (98) befindet sich ein Ventilsitzkörper (100), der zur Innenseite hin als hohlkegelförmiger Ventilsitz (111) ausgebildet ist. Fig. 3 shows the lower part in detail representation of a fuel injection valve (80) having a concentrically to the longitudinal axis (82) the magnetic core (84) surrounded by the coil space (86). This is surrounded on the outside by a cylindrical section ( 88 ) and a bottom ( 90 ) facing housing ( 92 ) made of ferromagnetic material. In the center of the bottom ( 90 ) is a bore ( 94 ) and be spaced from the center are several bores ( 96 ), ( 97 ) arranged, which allow the passage of fuel. In the bottom area, the housing ( 92 ) is provided with a cap ( 98 ), the edge ( 102 ) of which has an upper section ( 106 ) which is flanged around a projection of the housing ( 92 ). In the transition from the edge ( 102 ) of the cap to the bottom area, an annular recess for receiving a round cord seal ( 104 ) is provided. In the center of the cap ( 98 ) there is a valve seat body ( 100 ) which is designed on the inside as a hollow cone-shaped valve seat ( 111 ).
Dieser Ventilsitz (111) nimmt ein kugelkalottenförmiges Dichtelement (112) auf, das von einer zwischen der Kappe (98) und dem Boden (90) angeordneten Membranfeder (108) auf den Ventilsitz (111) gedrückt wird. Die Membranfeder (108) ist im geschlossenen Zustand des Dichtelementes (112) vorgespannt, wobei ihr Zentrum in axialer Richtung weiter vom Ventilsitz (111) entfernt ist als ihr äußerer Umfang.This valve seat ( 111 ) receives a spherical cap-shaped sealing element ( 112 ) which is pressed onto the valve seat ( 111 ) by a membrane spring ( 108 ) arranged between the cap ( 98 ) and the bottom ( 90 ). The diaphragm spring ( 108 ) is pretensioned when the sealing element ( 112 ) is closed, its center being further away from the valve seat ( 111 ) in the axial direction than its outer circumference.
Ein Anliegen der Membranfeder (108) am Boden (90) des Ventil gehäuses (92) wird durch einen Druckring (110) vermieden, der am äußeren Umfang zwischen der Membranfeder (108) und dem Boden (90) des Ventilgehäuses (92) angeordnet ist. Die Membran feder (108) entspricht in ihrer Ausführung der oben beschrie benen Membranfeder (46). Das Zentrum der Membranfeder (108) ist durchsetzt von einem Zapfen (114) des Dichtelementes (112). Der Zapfen (114) ist von einem hutförmigen zylindrischen Anker (116) umgeben. Mit seiner plan ausgeführten Oberseite (118) steht der Anker (116) dem Kern (84) des Elektromagneten gegenüber.A concern of the diaphragm spring ( 108 ) on the bottom ( 90 ) of the valve housing ( 92 ) is avoided by a pressure ring ( 110 ) which is arranged on the outer circumference between the diaphragm spring ( 108 ) and the bottom ( 90 ) of the valve housing ( 92 ) . The membrane spring ( 108 ) corresponds in its design to the membrane spring described above ( 46 ). The center of the diaphragm spring ( 108 ) is penetrated by a pin ( 114 ) of the sealing element ( 112 ). The pin ( 114 ) is surrounded by a hat-shaped cylindrical anchor ( 116 ). With its flat top ( 118 ), the armature ( 116 ) faces the core ( 84 ) of the electromagnet.
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Legal Events
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